DE112004001334T5

DE112004001334T5 - Reifensensor-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE112004001334T5
Application number: DE112004001334T
Authority: DE
Inventors: Steven P. Shelby Township Kulha
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US7205885B2; US20050046559A1; WO2005023567A1; JP2007503354A

Abstract

Kommunikationssystem für eine rotierende Schnittstelle, welches umfasst:
ein Steuergerät;
eine Energiequelle;
eine drehfeste Primärwicklung, die entlang einer Achse angebracht ist, wobei die besagte Primärwicklung von der besagten Energiequelle mit Strom versorgt wird und mit dem besagten Steuergerät in Verbindung steht;
eine Sekundärwicklung, die um die Achse drehbar gelagert ist; und
einen Sensor, der mit der besagten Sekundärwicklung in Verbindung steht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugsensorsystem und spezieller ein Kommunikationssystem, welches durch eine rotierende Schnittstelle innerhalb einer Radnabenbaugruppe hindurch funktioniert.
Fahrzeuge enthalten oft ein Sensorsystem, welches den Druck jedes Reifens misst und einem Fahrer des Fahrzeugs eine kontinuierliche Überwachung des Druckes zur Verfügung stellt. In einiger Zeit können diese Systeme in der Branche obligatorisch werden.
Ein solches System enthält im Allgemeinen ein Steuergerät, das innerhalb des Fahrzeugs angebracht ist, und eine entfernte Schaltung, die in jedem Reifen angeordnet ist, zum Erfassen des Reifendruckes und Senden des erfassten Reifendruckes zum Steuergerät. Das Steuergerät empfängt den erfassten Reifendruck und stellt ihn für den Fahrer dar.
Wie leicht einzusehen ist, kann das Versorgen der entfernten Schaltung in jedem Reifen des Fahrzeugs mit Energie und das Kommunizieren mit ihr relativ schwierig sein. Normalerweise sind die Systeme auf gewisse Frequenzbänder und auf spezifische Signalstärken begrenzt. Nationale und internationale Vorschriften, welche für diese Vorrichtungen gelten, erfordern die Prüfung und Zertifizierung nach einem bestimmten Standard. In Anbetracht dessen, dass der Standard für die Hochfrequenz-Ausgangsleistung einen niedrigen Wert vorschreibt, können Schwierigkeiten hinsichtlich der Erfüllung gewisser funktionaler Anforderungen durch das System auftreten. Um bestimmte Anforderungen zu erfüllen, wird jede spezifische Anwendung gemessen und auf mehrere Parameter abgestimmt. Ein schwieriger Parameter ist die unterschiedliche Menge an Stahl im Reifen und deren Schwankung von Reifen zu Reifen. Ein weiterer schwieriger Parameter ist die Position und Rotation des Reifens/die Raddrehzahl in normalen Fahrsituationen, in welchen der Hochfrequenzträger unbeabsichtigt moduliert werden kann.
Eine andere Schwierigkeit ist die Notwendigkeit, für eine ausreichende Batterielebensdauer zu sorgen, um sicherzustellen, dass die Elektronik ohne Auswechslung funktionieren wird. Bei herkömmlichen Systemen werden oft Knopfzellenbatterien verwendet, welche sich infolge von langer Verwendung und Temperatureinwirkung entladen.
Noch eine weitere Schwierigkeit ist, dass das System robust sein muss. Die gegenwärtigen Systeme sind oft in die Ventilschaftbaugruppe integriert. Bei einem Reifenwechsel muss darauf geachtet werden, dass die Dichtung oder die Elektronik nicht beschädigt wird. Infolge der ungeschützten Position des Ventilschaftes können herkömmliche Systeme einem äußeren Stoß ausgesetzt werden, welcher die Funktionsfähigkeit dauerhaft beeinträchtigen oder zerstören könnte. Außerdem ist beim Auswuchten des Reifens Vorsicht erforderlich, da der am Schaft montierte Sensor eine Masse aufweist, welche kompensiert werden muss.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein kostengünstiges und robustes Kommunikationssystem für ein am Reifen montiertes Sensorsystem bereitzustellen, welches durch die rotierende Schnittstelle hindurch mit minimaler Störbeeinflussung funktioniert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Radsensor-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt für eine Kommunikation durch eine rotierende Schnittstelle wie etwa eine Radnabenbaugruppe hindurch. Das Kommunikationssystem umfasst ein Steuergerät, eine Energiequelle und einen innerhalb jedes Reifens einer Radbaugruppe angebrachten Sensor. Jede Radbaugruppe enthält eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, welche als ein Transformator funktioniert, der mechanisch entkoppelt, jedoch elektrisch gekoppelt ist. Der elektromagnetische Transformator sorgt für die Übertragung von Energie und Daten, um die Funktion sicherzustellen.
Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung stellen außerdem Diebstahlsicherungs-Merkmale zur Verfügung, da der Transformator nicht mehr vollständig ist, wenn die Sekundärwicklung von der Primärwicklung entfernt worden ist, so dass das Steuergerät den Verlust durch Induktion erkennt. Es wird dann ein Alarm aktiviert, welcher den Verlust eines Rades anzeigt.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein kostengünstiges und robustes Kommunikationssystem für ein am Reifen montiertes Sensorsystem bereit, welches durch die rotierende Schnittstelle hindurch mit minimaler Störbeeinflussung funktioniert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Die Zeichnungen, welche der ausführlichen Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden:
1 ist eine allgemeine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Reifensensor-Kommunikationssystem; und
2 ist ein Blockschaltbild einer rotierenden Schnittstelle mit einem Reifensensor-Kommunikationssystem.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung eines Radsensor-Kommunikationssystems 10, das in einem Fahrzeug 12 installiert ist. Das Kommunikationssystem umfasst ein Steuergerät 14, eine Energiequelle 16 und einen Sensor 18, der in jedem Rad 19 angebracht ist. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung für Lasten verschiedener Typen und Funktionen wie insbesondere Druck, Temperatur und Beschleunigung anwendbar ist.
Eine rotierende Schnittstelle 20 wie etwa eine Nabenbaugruppe oder Ähnliches ist zwischen der Fahrzeugkarosserie 22 und jedem Rad 19 angeordnet. Das Steuergerät 14 kommuniziert mit dem Sensor 18, der innerhalb jedes Fahrzeugrades 19 angebracht ist, über einen innerhalb der rotierenden Schnittstelle 20 befindlichen elektromagnetischen Transformator 24, welcher mechanisch entkoppelt, jedoch elektrisch gekoppelt ist.
Es wird auf 2 Bezug genommen; die rotierende Schnittstelle 20 umfasst eine Nabenwelle 26, welche eine Achse A definiert. Obwohl hier nur eine einzelne rotierende Schnittstelle beschrieben wird, sind selbstverständliche alle rotierenden Schnittstellen im Großen und Ganzen vergleichbar. Auf der Nabenwelle 26 ist das Rad 19 so drehbar gelagert, dass es über eine entsprechende Radnabe 28 eine Rotation um die Achse A ausführen kann. Die Radnabe 28 ist im Großen und Ganzen teleskopartig über der Nabenwelle 26 angeordnet, so dass sie eine Rotationsbewegung relativ zu dieser ausführen kann. Obwohl für die dargestellte Ausführungsform eine bestimmte rotierende Schnittstelle schematisch dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich ebenso für andere rotierende Schnittstellen anwendbar.
Der Transformator 24 umfasst im Allgemeinen eine Primärwicklung 30, welche an der Nabenwelle 26 angebracht ist, und eine Sekundärwicklung 32, welche an der Radnabe 28 angebracht ist. Die Welle 26 und/oder die Radnabe 28 können als der Kern des Transformators 24 fungieren. Die Primärwicklung 30 erhält Strom von der Energiequelle 16 und steht in Verbindung mit dem Steuergerät 14. Vorzugsweise sind die Primärwicklung 30 und die Sekundärwicklung 32 wenigstens teilweise konzentrisch mit der Achse A, um für eine elektromagnetische Verbindung miteinander zu sorgen. Das heißt, die Primärwicklung 30 befindet sich wenigstens teilweise teleskopartig innerhalb der Sekundärwicklung 32. Durch die Primärwicklung 30 fließt Strom, und der resultierende Magnetfluss induziert durch das Magnetfeld einen Strom durch die Sekundärwicklung 32 hindurch, wodurch der Magnetkreis geschlossen wird. Stattdessen können die Primärwicklung 30 und die Sekundärwicklung 32 auch axial entlang der Achse A versetzt sein, jedoch eine teilweise Überlappung aufweisen.
Die Sekundärwicklung 32 steht mit dem Sensor 18 in Verbindung. Selbstverständlich können auch mehrere Sensoren 18' zusätzlich mit der Sekundärwicklung 32 in Verbindung stehen, welche mit der Primärwicklung 30 elektromagnetisch gekoppelt ist. Die elektromagnetische Kopplung ermöglicht, dass sowohl Daten als auch Energie übertragen werden, zum Zwecke der Stromversorgung und der Herstellung eines Datenübermittlungsabschnitts. Dieser Datenübermittlungsabschnitt ermöglicht eine Nachrichtenübermittlung und überträgt Informationen zum Steuergerät 14. Für die Energieübertragung ist die Nabe die Primärseite, und das Rad ist die Sekundärseite. Für die Datenübertragung ist die Verbindung bidirektional. Die Datenbits können von der Primärseite kommen und durch die Sekundärseite empfangen werden oder umgekehrt. Die Energie, welche durch die Kopplung übertragen wird, stellt durch die rotierende Schnittstelle 20 hindurch eine Energiequelle zur Verfügung, so dass ein elektronisches System und/oder Sensoren betrieben werden können, ohne dass sich eine Energiequelle innerhalb des Rades 19 befindet.
Da die Primärwicklung 30 um die Nabenwelle 26 herum angebracht ist und die Sekundärwicklung 32 innerhalb der Radnabe 28 angebracht ist, wird das System 10 durch einen Reifen- oder Radwechsel minimal beeinflusst. Das heißt, die erneute Synchronisation erfolgt im Großen und Ganzen automatisch, da die Schnittstelle der Nabenwelle 26 und der Radnabe 28 im Wesentlichen reproduzierbar ist.
Die Primärwicklung 30 und die Sekundärwicklung 32 stellen Diebstahlsicherungs-Merkmale zur Verfügung. Da die Primärwicklung 30 mit Strom versorgt wird, wird ein Entfernen der Sekundärwicklung 32 umgehend von dem Steuergerät 14, das mit der Primärwicklung 30 in Verbindung steht, erkannt. Das heißt, der Transformator ist nicht mehr vollständig, wenn die Sekundärwicklung 32 von der Primärwicklung 30 entfernt worden ist, so dass das Steuergerät den Verlust durch Induktion erkennt. Es kann dann ein Alarm oder Ähnliches ausgelöst werden.
Obwohl bestimmte Schrittfolgen dargestellt, beschrieben und beansprucht werden, können die Schritte selbstverständlich in beliebiger Reihenfolge, getrennt oder kombiniert ausgeführt werden, sofern nichts Anderes angegeben ist, und profitieren trotzdem von der vorliegenden Erfindung.
Die obige Beschreibung dient als Beispiel und ist nicht durch die enthaltenen Einschränkungen festgelegt. Im Rahmen der obigen Lehren sind viele Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es wurden die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung offenbart; für einen Fachmann ist jedoch klar, dass gewisse Änderungen im Rahmen dieser Erfindung möglich sind. Daher kann die Erfindung selbstverständlich innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche auf andere Weise ausgeführt werden, als hier speziell beschrieben wurde. Aus diesem Grunde sollten die nachfolgenden Patentansprüche studiert werden, um den tatsächlichen Umfang und Inhalt dieser Erfindung zu bestimmen.
Zusammenfassung
Ein Reifensensor-Kommunikationssystem (10) umfasst eine Primärwicklung (30) und eine Sekundärwicklung (32), welche als ein elektromagnetischer Transformator zusammenwirken und dabei mechanisch voneinander entkoppelt und elektrisch durch eine rotierende Schnittstelle gekoppelt, die in einer Fahrzeugradanordnung integriert ist. Der elektromagnetische Transformator sorgt für den Transfer von elektrischer Energie und von Daten zwischen einem radseitig angeordneten Sensor (18) und einer fahrzeugseitig angeordneten Steuereinheit.

Claims

Kommunikationssystem für eine rotierende Schnittstelle, welches umfasst: ein Steuergerät; eine Energiequelle; eine drehfeste Primärwicklung, die entlang einer Achse angebracht ist, wobei die besagte Primärwicklung von der besagten Energiequelle mit Strom versorgt wird und mit dem besagten Steuergerät in Verbindung steht; eine Sekundärwicklung, die um die Achse drehbar gelagert ist; und einen Sensor, der mit der besagten Sekundärwicklung in Verbindung steht.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei sich die besagte Primärwicklung wenigstens teilweise innerhalb der besagten Sekundärwicklung befindet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der besagte Sensor einen Drucksensor umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die besagte Primärwicklung an einer Nabenwelle angebracht ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die besagte Sekundärwicklung innerhalb einer Radnabe angebracht ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der besagte Sensor mit der besagten Primärwicklung über die besagte Sekundärwicklung und mit dem besagten Steuergerät über die besagte Primärwicklung in Verbindung steht.
Kommunikationssystem für eine Radbaugruppe, welches umfasst: eine Radnabe, die auf einer Nabenwelle drehbar gelagert ist; ein Steuergerät; eine drehfeste Primärwicklung, die an der besagten Nabenwelle entlang einer Achse angebracht ist, wobei die besagte Primärwicklung mit dem besagten Steuergerät in Verbindung steht; eine Sekundärwicklung, die um die besagte Achse drehbar gelagert ist, wobei die besagte Sekundärwicklung an der besagten Radnabe entlang der Achse angebracht ist; und einen Sensor, der mit der besagten Sekundärwicklung in Verbindung steht.
Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei sich die besagte Primärwicklung wenigstens teilweise innerhalb der besagten Sekundärwicklung befindet.
Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei der besagte Sensor einen Drucksensor umfasst, der innerhalb eines Reifens angebracht ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei der besagte Sensor einen Temperatursensor umfasst, der innerhalb eines Reifens angebracht ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei die besagte Primärwicklung mit Strom versorgt wird.
Verfahren zum Kommunizieren durch eine rotierende Schnittstelle hindurch, welches die folgenden Schritte umfasst: (1) elektrisches Koppeln einer drehfesten Primärwicklung entlang einer Achse mit einer Sekundärwicklung, die um die Achse drehbar gelagert ist; (2) Versorgen der Primärwicklung mit Strom; (3) Verbinden eines Sensors mit der Sekundärwicklung; und (4) Übermitteln von Daten von dem Sensor zu dem Steuergerät über die elektrische Kopplung.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner den folgenden Schritt umfasst: Auslösen eines Alarms in Reaktion auf ein Entkoppeln der elektrischen Kopplung des besagten Schrittes (1).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der besagte Schritt (1) ferner das Anbringen der drehfesten Primärwicklung an einer Nabenwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der besagte Schritt (1) ferner das Anbringen der Sekundärwicklung an einer Radnabe umfasst, die über der Nabenwelle angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der besagte Schritt (4) ferner das Übermitteln eines Reifendruckes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der besagte Schritt (4) ferner das Übermitteln einer Reifentemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der besagte Schritt (1) ferner das Anbringen der drehfesten Primärwicklung und der Sekundärwicklung an einer Radbaugruppe umfasst.